液態金屬是指一種不定型金屬，液態金屬可看作由正離子流體和自由電子氣組成的混合物，液態金屬也是一種不定型、可流動液體的金屬。室溫液態金屬具有許多有趣的表面和體積特性，使他們廣泛用于包括柔性電子器件和微流體等各種工程應用中。二維氧化物在電子和其他技術中有著廣泛的應用。然而，許多氧化物很難通過常規的方法得到二維薄膜。我們采用無毒鎵基合金液態金屬作為反應溶劑，將所需制成氧化物的金屬單質引入熔體制得超薄氧化膜。

成果簡介：皇家墨爾本理工大學Ali Zavabeti, Jian Zhen Ou, Benjamin J. Carey, Nitu Syed, Rebecca Orrell-Trigg, Edwin L. H. Mayes, Chenglong Xu, Omid Kavehei, Anthony P. O’Mullane, Richard B. Kaner, Kourosh Kalantar-zadeh,* Torben Daeneke *采用無毒鎵基合金液態金屬作為反應溶劑，將所需制成氧化物的金屬單質引入熔體制得相應金屬的超薄氧化膜。基于液態金屬的反應路線可以用于產生以前不能用常規方法獲得的2D材料，將室溫液態金屬作為低維度氧化物納米材料合成的反應環境為獲取2D材料的方法又添一利器。相關成果以“A liquid metal reaction environment for the room-temperature synthesis of atomically thin metal oxides”為題發表在國際頂刊Science上。（DOI: 10.1126/science.aao4249）

圖文導讀：

基本原理和合成方法。

1. 不同金屬氧化物的吉布斯自由能。紅色虛線右側的氧化物預計將主導界面。對于液態金屬合金，不論含量多少，吉布斯自由能較低的金屬在形成液態-空氣膜時占主導。即形成其對應的納米氧化膜。

2. 液態金屬液滴的橫截面圖，顯示了所示的HFO2、Al2O3和Gd2O3薄層的可能晶體結構。

3. 傳統剝落技術的示意圖。兩種剝離方法。①原始的液態金屬液滴暴露在含氧環境中，用合適的基材接觸液態金屬可使界面氧化層轉移。（右邊為光學圖像）

   (D)②氣體注射剝離。氣體注入方法的示意圖(左)，通過液態金屬破裂的氣泡的照片(中)，以及由此產生的片滴注到硅片上的光學圖像(右)。

傳統剝離法所得材料形貌的表征。左：AFM圖像，厚度輪廓在紅線上。中間：TEM表征，采用選區電子衍射(SAED)(頂部)和HRTEM圖像(底部；刻度棒，0.5 nm).右：用XPS測元素組成。

1. 共晶鎵銦錫合金。

   B到D合金，分別加入約1%的鉿、鋁和釓。結果證實對于液態金屬合金，不論含量多少，吉布斯自由能較低的金屬在形成液態-空氣膜時占主導的設想。

氣體注射法所得材料的表征。左：AFM圖像，厚度輪廓在紅線上。中間：TEM圖，有SAED(頂部)和HRTEM圖像(底部；刻度棒，0.5 nm)。右：由此產生的氧化物的拉曼光譜。

1. 共晶鎵銦錫合金。

   (B)添加約1%的鉿的合金。拉曼光譜與文獻報道的Ga2O3(A)和HfO2(B)的拉曼光譜吻合較好。假設成立。

HfO2介電常數的表征。

1. AFM圖。

2. (B)AFM高度(頂)和電流(底)圖的邊緣區域的HFO2樣品直接沉積在鉑涂層晶圓片剝落法。

3. 通過HFO2層測量的電流-電壓曲線.

(D)低損耗電子能量損失譜學，可分析帶隙。

小結：

本文研究結果表明，液體金屬表面的氧化層可以通過選擇合適的預合金元素的吉布斯自由能(Gibbs Free Energy for oxide form)來操縱。用來回收二維納米片的兩種方法都是可伸縮的，不需要復雜的設備，而且可以直接沉積在襯底上或作為水懸浮液。液態金屬在反應過程中充當溶劑，促進了原子上的金屬氧化物層的分離，這些金屬氧化物直接呈現為超薄納米結構，從而提供了一條二維金屬材料的合成途徑，這些金屬氧化物中有幾種由于其不同的電子、磁性、光學和催化性能而具有**重要的意義。